Квадратный Kelly — это элемент бурильной колонны API Spec 7-1, обычно изготавливаемый из цельной легированной хромомолибденовой стали AISI 4145H Modified. Пруток закаливается и отпускается по всей длине для достижения прочности сечения, вязкости и стабильности твёрдости, необходимых для компонента, подвергающегося вращательному моменту, осевой нагрузке, изгибу, ударам и повторному скольжению во втулке Kelly. После термообработки пруток правится и проверяется на биение, затем в нём сверлят глубокое отверстие, стреляное сверло или вытравливают непрерывный канал для бурового раствора. Наружная поверхность затем черновая обрабатывается, и четыре приводные лыски точно фрезеруются для обеспечения заданных размеров по граням, по углам, прямолинейности и скручиванию. Верхний и нижний концы обрабатываются необходимыми роторными плечевыми соединениями и калибруются в соответствии с применимыми требованиями API Spec 7-2 и утверждённым производственным чертёжом.
В традиционной системе вращательного бурения квадратная приводная секция проходит через соответствующую втулку Kelly, передавая вращательный момент ротора бурильной колонне, позволяя Kelly вертикально перемещаться по мере углубления скважины. Центральное отверстие обеспечивает циркуляцию бурового раствора, а геометрия привода, соосность отверстия, остаточная толщина стенки и конфигурация концевых соединений определяют совместимость с установленной буровой установкой, оборудованием вертлюга, предохранительным переводником и бурильной колонной.
Octal Drill Pipes поставляет конфигурации квадратного Kelly с квадратным или шестигранным профилем привода, заданными внутренними отверстиями, верхними левыми соединениями и нижними правыми роторными плечевыми соединениями. Каждый заказ следует проверять в соответствии с компоновкой буровой установки, профилем втулки Kelly, соединением бурильной колонны и утверждённым размерным чертежом, а не выбирать только по номинальному размеру.
Типичный диапазон поставок квадратного Kelly
Следующие диапазоны обобщают обычно публикуемые конфигурации промысловых Kelly. Это только ориентировочные значения. Окончательные размеры должны соответствовать утверждённому производственному чертёжу и заказу на поставку.
| Позиция поставки | Типичный диапазон или конфигурация |
| Номинальные квадратные размеры | Примерно от 2-1/2 дюйма до 5-1/4 дюйма |
| Номинальные шестигранные размеры | Примерно от 3 до 6 дюймов |
| Обычная общая длина | 40 футов |
| Увеличенные конфигурации | 54 фута доступно для отдельных размеров |
| Обычная длина приводной секции | 37 или 51 фут, в зависимости от общей длины |
| Типичное верхнее соединение | 6-5/8 REG LH или 4-1/2 REG LH |
| Типичные нижние соединения | NC26, NC31, NC38, NC46, NC50, NC56 или 5-1/2 FH, в зависимости от размера |
| Типичный диапазон отверстия | Выбирается в соответствии с размером Kelly и нижним соединением |
| Профиль привода | Квадратная или шестигранная |
| Защита резьбы | Штампованные стальные или усилые защитные колпачки резьбы |
| Транспортная защита | Стальной чехол или эквивалентная защитная упаковка |
Указанный номинальный размер не должен использоваться как замена размерной спецификации. Например, два Kelly с одинаковым номинальным размером привода могут иметь разные отверстия, нижние соединения, наружные диаметры высаженных концов или общую длину.
Функция квадратного Kelly и передача мощности в бурильной колонне
Традиционная система вращательного стола передаёт мощность по определённому механическому пути:
Вращательный стол → главная втулка → втулка Kelly → квадратная приводная секция → нижнее соединение или предохранительный переводник → бурильная труба → долото
Внутренний профиль втулки Kelly соответствует квадратному или шестигранному наружному профилю Kelly с достаточным рабочим зазором для вертикального хода. Контакт между втулкой и приводными лысками передаёт крутящий момент. По мере углубления долота Kelly скользит вниз через втулку, продолжая вращать колонну.
Центральное отверстие образует часть пути циркуляции бурового раствора. Раствор проходит через Kelly, предохранительный переводник и бурильную трубу прежде чем попасть через насадки долота. Поэтому отверстие должно оставаться непрерывным через концевые соединения, высаженные секции и приводной корпус.
Когда доступный ход Kelly исчерпан, бурение временно останавливается, и к колонне добавляется ещё одна свеча бурильных труб. Затем Kelly поднимается и бурение возобновляется. Этот рабочий цикл отличает традиционную систему Kelly от верхнего привода, который создаёт вращение от подвижного приводного блока над бурильной колонной.
Далее по бурильной колонне утяжелённая бурильная труба служит элементом перехода жёсткости над утяжелёнными бурильными трубами, при этом ни один из компонентов не заменяет функцию привода Kelly с поверхности.
Квадратный Kelly и бурильная труба выполняют разные функции
Квадратный Kelly и обычная бурильная труба API 5DP — это различные компоненты бурильной колонны, регулируемые разными спецификациями API и предназначенные для разных положений и функций в системе бурения.
| Пункт сравнения | Квадратный Kelly | Бурильная труба |
| Основной стандарт | API Spec 7-1 | API Spec 5DP |
| Положение | Верх традиционной вращательной бурильной колонны | Повторяющиеся свечи по всей бурильной колонне |
| Основная функция | Передаёт крутящий момент вращательного стола через наружный профиль привода | Передаёт осевую нагрузку, крутящий момент и буровой раствор между резьбовыми соединениями |
| Наружная форма | Квадратная или шестигранная приводная секция | Круглый корпус трубы |
| Конструкция | Обработанный пруток из легированной стали с центральным отверстием | Корпус трубы с высаженными концами и приварными замковыми соединениями |
| Интерфейс с буровой установкой | Проходит через соответствующую втулку Kelly | Обрабатывается клиньями, элеваторами и соединениями бурильной колонны |
| Типичная логика длины | Выбирается в соответствии с требованиями к буровой установке и ходу Kelly | Обычно поставляется как бурильная труба Range 2 или Range 3 |
| Проверка соединений | Верхний и нижний концы могут иметь разные направления и типы соединений | Замковые соединения «папа-мама» образуют повторяющиеся свечи бурильных труб |
Для более широкого контекста бурильной колонны сравнение бурильной трубы, HWDP и утяжелённых бурильных труб объясняет, как основная колонна, секция перехода жёсткости и нижняя компоновка низа бура выполняют отдельные механические функции.Для котировки и инспекции в заказе должны быть указаны профиль привода Kelly, размер отверстия, общая длина, типы верхнего и нижнего соединений, а также размеры соответствующей втулки Kelly. Эти детали определяют, может ли Kelly передавать крутящий момент, поддерживать поток бурового раствора и правильно подходить к системе вращательного стола.
Конфигурации квадратного и шестигранного Kelly
Квадратный и шестигранный Kelly оба используются в традиционных системах вращательного бурения, где профиль привода проходит через соответствующую втулку Kelly для передачи крутящего момента, позволяя вертикальное движение. Хотя они выполняют одни и те же основные функции, две конфигурации различаются наружной геометрией, контролем размеров, технологией изготовления и характеристиками износа. Поэтому выбор основан на установленном вращательном оборудовании, профиле втулки и утверждённых размерных требованиях.
| Характеристика | Квадратный Kelly | Шестигранный Kelly |
| Наружный профиль привода | Четыре лыски | Шесть лысок |
| Соответствующее оборудование | Втулка Kelly квадратного профиля | Втулка Kelly шестигранного профиля |
| Основные размерные проверки | Размеры по граням, по углам и геометрия углов | Размеры по граням, по углам и геометрия шести граней |
| Типичная технология изготовления | Кованая или точно обработанная приводная секция | Обычно точно обрабатывается из термообработанного прутка |
| Фактор выбора | Существующая конфигурация буровой установки и втулки | Существующая конфигурация буровой установки и втулки |
| Проверка износа | Лыски, углы и локальные следы контакта | Лыски, углы и распределённые следы контакта |
Спецификация на закупку должна указывать точный профиль и утверждённый чертёж. Одного «квадратного» или «шестигранного» недостаточно для определения рабочего зазора или взаимозаменяемости.
Структура квадратного Kelly и расположение соединений
Полный квадратный Kelly API 7-1 обычно содержит пять контролируемых зон.
Верхнее соединение и высаженный конец
Верхний конец обычно использует левое муфтовое соединение, совместимое с оборудованием вертлюга или верхней компоновкой Kelly. Обозначение соединения, наружный диаметр высаженного конца, диаметр фаски, состояние упора и отверстие должны быть указаны в заказе на поставку.
Левое вращение никогда не следует выводить только из названия соединения. В заказе и на чертеже должны быть явно указаны соединение и направление резьбы.
Приводная секция
Приводная секция содержит квадратные или шестигранные лыски, которые контактируют со втулкой Kelly. Критические размеры включают:
- длину приводной секции;
- размер по граням;
- размер по углам;
- радиус угла или утверждённый профиль;
- прямолинейность;
- состояние поверхности;
- допуск на локальный износ.
Небольшие ошибки размеров могут вызвать заклинивание, чрезмерный зазор, ударную нагрузку или неравномерный контакт со втулкой.
Внутреннее отверстие
Отверстие проходит буровой раствор через весь Kelly. Одного диаметра отверстия недостаточно для подтверждения достаточной толщины стенки. Ось отверстия также должна контролироваться относительно наружного профиля привода и обоих высаженных концов.
Инспекция должна подтвердить:
- минимальный заданный диаметр отверстия;
- непрерывный внутренний канал;
- соосность отверстия;
- остаточную стенку вокруг отверстия;
- состояние внутренней поверхности;
- переход в концевые секции.
Нижнее соединение и высаженный конец
Нижний конец обычно использует правое ниппельное соединение, которое соединяется с предохранительным переводником или следующим компонентом бурильной колонны. Выбор соединения зависит от фактической конфигурации замкового соединения бурильной трубы и должен включать обозначение соединения, наружный диаметр, внутренний диаметр, геометрию упора и утверждённые данные по сборке.
Переходные зоны
Переходы от высаженных концов к приводному корпусу должны быть обработаны без резких скачков, которые могут увеличить локальные напряжения. Следы инструмента, резкие изменения сечения и механические повреждения в этих зонах требуют тщательного визуального и поверхностного осмотра.
Применимые стандарты API для Kelly и соединений
API Spec 7-1
API Spec 7-1 охватывает технические требования поставки для квадратных и шестигранных Kelly как элементов вращательной бурильной колонны. Спецификация на закупку должна указывать применимую редакцию, конфигурацию продукта, требования к материалу, размеры, объём инспекции и документацию.
Kelly не классифицируется как обычная бурильная труба API 5DP. Его приводной корпус, центральное отверстие и общие требования к продукту рассматриваются в соответствии с API Spec 7-1 и утверждённым производственным чертёжом.
API Spec 7-2
Где верхний или нижний конец использует соединение API, нарезание и калибровку резьбы роторного плечевого соединения следует проверять в соответствии с API Spec 7-2 и заданным чертежом соединения.Инспекция обычно подтверждает:
- обозначение соединения и направление;
- форму резьбы и критические размеры;
- свободный ход калибра;
- состояние ниппеля или муфты;
- состояние уплотнительного упора;
- статус калибровки рабочего калибра; и
- любые заданные требования к снятию напряжений, расточке или поверхностной обработке.
API RP 7G-1 и API RP 7G-2
API RP 7G-1 предоставляет ссылки на эксплуатационные свойства и руководство по эксплуатации для элементов бурильной колонны, включая Kelly. Он поддерживает инженерный анализ грузоподъёмности и ограничений по эксплуатации, но не заменяет требования к производству и поставке API Spec 7-1.
API RP 7G-2 применяется к инспекции и классификации элементов бурильной колонны после эксплуатации. Приёмка нового Kelly на заводе должна основываться на API Spec 7-1, спецификации на закупку и утверждённых чертежах, тогда как полевая инспекция бывшего в эксплуатации Kelly должна следовать применимому уровню инспекции API RP 7G-2 и критериям приёмки.
Материал Kelly, термообработка и свойства по сечению
AISI 4145H Modified — это один из часто заказываемых вариантов хромомолибденовой легированной стали для изготовления квадратных и шестигранных Kelly. Его прокаливаемость делает его подходящим для относительно больших сечений прутка, используемых в сильно нагруженных компонентах бурильной колонны, где прочность и вязкость должны контролироваться за пределами обработанной поверхности.
Исходный материал может поставляться как кованый или катаный пруток и обычно закаливается и отпускается перед окончательной обработкой. Термообработка по всей длине используется для создания требуемых механических свойств по всей рабочей секции, включая приводные лыски, угловые зоны, центральное отверстие и концы соединений.
Приёмка материала должна основываться на спецификации на закупку и утверждённом производственном чертеже. Пакет прослеживаемости должен связывать готовый Kelly с номером плавки стали, партией термообработки, результатами механических испытаний, записями твёрдости и применимыми отчётами инспекции.
Где указаны требования к твёрдости или ударной вязкости по Шарпи, в заказе также должны быть определены диапазон приёмки, температура испытания, размер и ориентация образца, место отбора проб и основа для отчётности. Типичные значения поставщика не должны представляться как универсальные пределы приёмки API.
Сертификат материала должен подтверждать фактическую марку стали, номер плавки, химический анализ, состояние термообработки и заявленные механические свойства. Вспомогательные записи термообработки и испытаний должны оставаться прослеживаемыми до идентификации готового Kelly.
Технология изготовления квадратного Kelly
Проверка исходного материала → закалка и отпуск по всей длине → правка → обработка центрального отверстия → обработка корпуса и профиля привода → обработка и калибровка соединений → неразрушающий контроль и окончательный размерный контроль → маркировка, защита и упаковка.
Критический размерный контроль при изготовлении Kelly
Kelly должен оставаться прямым, внутренне центрированным и размерно совместимым с соответствующей втулкой Kelly. Эти условия контролируются по всему производству, поскольку термообработка, глубокое сверление отверстия и тяжёлая наружная обработка могут каждое высвобождать остаточные напряжения и изменять окончательную геометрию.
Контроль прямолинейности и биения
Прямолинейность проверяется после термообработки, первоначальной правки, обработки отверстия, фрезерования профиля привода и обработки соединений. Kelly поддерживается в контролируемых точках и вращается или базируется по длине, в то время как биение измеряется в приводной секции, переходных зонах и концах соединений.
Промежуточная инспекция позволяет локальный изгиб или искажение при обработке исправить перед следующей операцией. Изогнутая приводная секция может заклинить внутри втулки Kelly, концентрировать крутящий момент на одной лыске или угле и ускорить неравномерный износ.
Соосность отверстия и остаточная толщина стенки
Центральное отверстие проверяется вместе с наружным профилем привода, а не как изолированный диаметр. Диаметр и положение отверстия проверяются на концах и в заданных местах по корпусу для подтверждения того, что канал для раствора остаётся соосным с центральной линией продукта.
Толщина стенки также проверяется в нескольких положениях по окружности. Это подтверждает, что эксцентриситет отверстия не уменьшил остаточное сечение ниже требований утверждённого чертежа, особенно в углах привода, переходных зонах и концах соединений.
Геометрия профиля привода и совместимость с втулкой
Квадратная или шестигранная приводная секция инспектируется во время фрезерования и снова после окончательной обработки. Измерения обычно охватывают:
- размеры по граням и по углам;
- длину приводной секции;
- локальную прямолинейность и общий перекос;
- симметрию от лыски до лыски;
- радиус угла и профиль перехода; и
- соосность между приводным корпусом, отверстием и концами соединений.
Эти проверки подтверждают, что Kelly может войти в заданную втулку, сохранить требуемый рабочий зазор и передавать крутящий момент через предполагаемые приводные поверхности. Окончательная приёмка должна основываться на утверждённом производственном чертеже, размерном отчёте и применимых требованиях на закупку.
План инспекции и контроля качества
| Инспекция или запись | Как это проверяется | Что это подтверждает | Контролируемый риск |
|---|---|---|---|
| Сертификат материала | Сопоставить помеченный номер плавки с MTC; проверить марку, химический состав и состояние поставки. | Правильная плавка легированной стали и прослеживаемость | Замена материала или смешанные плавки |
| Запись термообработки | Проверить партию печи, циклы закалки и отпуска, идентичность партии и связанные записи испытаний. | Маршрут термообработки по всей длине | Неравномерные или непроверенные свойства |
| Испытание на растяжение | Изготовить образец из заданного места испытания и записать предел текучести, прочность на растяжение и относительное удлинение. | Требуемая прочность и пластичность | Недостаточная прочность или низкая пластичность материала |
| Испытание на ударный изгиб по Шарпи | Образцы с надрезом кондиционируются при заданной температуре и разрушаются в маятниковом копре; индивидуальные и средние значения поглощённой энергии записываются. | Ударная вязкость в заданном условии испытания | Хрупкое разрушение при ударе или низкой температуре |
| Испытание на твёрдость | Снять показания по Бринеллю или утверждённому эквиваленту в заданных местах на приводном корпусе и концевых секциях. | Стабильность термообработки по продукту | Чрезмерная твёрдость, мягкие зоны или неравномерная обработка |
| Ультразвуковой контроль | Откалибровать УЗК по утверждённому эталонному стандарту и сканировать заданные зоны корпуса и концов на внутренние индикации. | Внутренняя сплошность прутка и обработанного продукта | Трещины, включения или подповерхностные несплошности |
| Магнитопорошковая инспекция | Намагнитить заданные лыски, углы, переходы и зоны соединений, затем нанести видимые или флуоресцентные частицы. | Состояние поверхности и приповерхностной зоны | Трещины в сильно нагруженных обработанных зонах |
| Инспекция прямолинейности | Поддерживать Kelly в контролируемых точках и измерить полную длину и локальное биение с помощью откалиброванного индикатора или эквивалентной установки. | Свободный ход через соответствующую втулку | Заклинивание, неравномерный контакт и концентрированный износ |
| Инспекция профиля привода | Измерить размеры по граням, по углам, длину привода, перекос и геометрию углов с помощью откалиброванных инструментов или профильных шаблонов. | Совместимость с заданной втулкой Kelly | Чрезмерный зазор, натяг или неравномерная передача крутящего момента |
| Инспекция отверстия и стенки | Проверить диаметр и соосность отверстия, затем подтвердить остаточную толщину стенки в нескольких окружных положениях. | Непрерывный канал для раствора и достаточная толщина сечения | Ограниченное отверстие, эксцентриситет или локально тонкая стенка |
| Инспекция соединения | Сопоставить каждый конец с утверждённым чертежом, откалибровать применимую резьбу роторного плечевого соединения и инспектировать переход упора и отверстия. | Правильная конфигурация верхнего и нижнего соединения | Неправильное направление резьбы, плохой контакт упора или несовместимый сопрягаемый компонент |
| Окончательный визуальный и выпускающий контроль | Проверить готовые поверхности, постоянную маркировку, защитные колпачки соединений и завершённое досье инспекции перед упаковкой. | Идентификация продукта и готовность к отгрузке | Повреждения при обращении, коррозия или потеря прослеживаемости |
Температура испытания по Шарпи, размер образца, ориентация, место отбора проб и значения приёмки должны быть указаны в спецификации на закупку или утверждённом ITP. Область УЗК и МПД должна следовать применимой спецификации, процедуре производства и плану инспекции проекта, а не описываться как универсальное 100%-ное покрытие.
Применение и требования к выбору квадратного Kelly
Системы вращательного бурения
Квадратный Kelly используется там, где вращательный стол, главная втулка и втулка Kelly образуют основную систему передачи крутящего момента. Во время бурения приводная секция вращается внутри соответствующей втулки, перемещаясь вертикально по мере углубления долота.
При выборе следует подтвердить профиль привода, размеры по граням, общую длину, эффективную длину хода и рабочий зазор с установленной втулкой Kelly. Верхнее и нижнее соединения также должны соответствовать вертлюгу, предохранительному переводнику и бурильной колонне.
Замена существующего Kelly
Запасной Kelly должен быть сопоставлен с предыдущим утверждённым чертежом или проверенными измерениями существующего оборудования буровой установки. Одного номинального размера привода недостаточно, поскольку два Kelly с одинаковым заявленным размером могут различаться по отверстию, длине привода, направлению соединения, расположению ниппеля или муфты, геометрии высаженного конца и зазору втулки.
Поэтому проверка при замене должна охватывать полный рабочий интерфейс, а не только наружный квадратный размер.
Наземные, ремонтные и резервные вращательные системы
Квадратные Kelly по-прежнему применяются на наземных буровых установках, ремонтных установках и старых вращательных системах, которые используют Kelly как основной приводной компонент. Некоторые установки с верхним приводом могут также сохранять вращательный стол и оборудование Kelly для резерва или специальных операций по обращению.
Где верхний привод подаёт обычный буровой крутящий момент непосредственно в бурильную колонну, Kelly не является основным приводным компонентом. Поэтому список оборудования буровой установки и рабочую процедуру следует проверить перед включением квадратного Kelly в конфигурацию бурильной колонны.
Спецификация и сводка приёмки квадратного Kelly
| Позиция | Типичное требование к продукту |
| Категория продукта | Элемент вращательной бурильной колонны |
| Конфигурация привода | Квадратная или шестигранная |
| Обычный материал | Легированная сталь AISI 4145H Modified |
| Термообработка | Закалка и отпуск по всей длине |
| Основная операция | Передача крутящего момента вращательного стола |
| Вспомогательные функции | Вертикальное движение и циркуляция бурового раствора |
| Стандарт продукта | API Spec 7-1, текущая применимую редакцию |
| Контроль соединений | Нарезание и калибровка резьбы API Spec 7-2 |
| Типичный верхний конец | Левое муфтовое соединение |
| Типичный нижний конец | Правое ниппельное соединение |
| Критические размерные контролы | Прямолинейность, профиль привода, положение отверстия, размеры высаженного конца и геометрия соединения |
| Основные выпускающие документы | MTC, отчёт механических испытаний, отчёт НК, размерный отчёт и запись калибровки соединения |
Часто задаваемые вопросы
В1:Является ли квадратный Kelly тем же самым, что и бурильная труба?
О1:Нет. Квадратный Kelly — это приводной элемент вращательной бурильной колонны API Spec 7-1 с квадратным наружным профилем. Обычная стальная бурильная труба — это трубный продукт API Spec 5DP с круглым корпусом трубы и приварными замковыми соединениями.
В2:Как квадратный Kelly передаёт крутящий момент?
О2:Вращательный стол вращает втулку Kelly. Втулка контактирует с квадратными приводными лысками и передаёт крутящий момент в Kelly, который затем вращает предохранительный переводник, бурильную трубу и долото.
В3:Почему верхнее соединение Kelly обычно левое?
О3:Компоновка верхнего соединения разработана для совместимости с оборудованием вертлюга и рабочим вращением сборки. Точное соединение и направление всё равно должны быть указаны на чертеже и в заказе на поставку.
В4:Какие размеры должны соответствовать втулке Kelly?
О4:Профиль привода, размер по граням, геометрия по углам, рабочий зазор, длина привода и прямолинейность должны быть совместимы с втулкой.
В5:Подходит ли 40-футовый квадратный Kelly для каждой буровой установки?
О5:Нет. Сорок футов — это обычная публикуемая общая длина, но требуемая длина Kelly зависит от геометрии пола буровой установки, доступного хода, компоновки по обращению и установленной вращательной системы.